[发明专利]一种惯容系数自适应调节惯容器

说明书

本发明涉及一种惯容系数自适应调节惯容器，包括螺杆、支撑块、内筒柱，以及一个或多个外筒柱；内筒柱套设于支撑块外侧，并与支撑块之间填充有滚珠，外筒柱套设于内筒柱的外侧，且至少一个方向的侧面通过滚珠支撑于支撑块上；螺杆穿过内筒柱和支撑座，并与内筒柱啮合，内筒柱和外筒柱之间设有摩擦片。与现有技术相比，本发明内筒柱和外筒柱之间通过摩擦片支撑，从而利用静摩擦和滑动摩擦机理，实现惯容系数的自适应调节。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，尤其是涉及一种惯容系数自适应调节惯容器。

背景技术

惯容器是一种利用惯性力的装置。惯容器产生的抵抗力的符号与其两端的相对加速度符号相反，抵抗力大小与两端相对加速度的大小成正比，该比例系数即为惯容系数。利用平动-转动转换、齿轮等装置的放大效果，惯容器的惯容系数能达到制作惯容器运动组件质量的成百上千倍。惯性力与回复力的方向相反，具有“负刚度”的效果，可以削弱结构安装惯容器位置的局部刚度，因而与阻尼器结合能够增大阻尼器的行程显著提升耗能效果。进一步，惯容器、阻尼器和弹簧等组合，能够提升吸能及耗能效率。惯容器最早在机械领域内得到应用，近年来推广应用于土木工程结构。

随着土木结构朝着高耸、大跨和轻质方向的发展，结构的侧向刚度小、自身耗能性能差，在风、人群、车辆以及地震激励下易出现大幅度、多模态振动，威胁结构的安全性和使用性。因而，亟需采用阻尼器等减振耗能装置提升结构多阶振动的模态阻尼。然而，高耸、大跨结构振动时，一般在顶部或跨中振动幅值最大，然而这些位置没有支撑条件用于安装阻尼器；阻尼器等减振装置一般安装在结构根部或者端部，或者用于连接发生相对变形的相邻位置，因而阻尼器在结构出现振动时发生的变形相对较小，提供的阻尼亦较小。基于此，近年来的研究采用惯容器增大安装阻尼器位置的结构振动幅值，进而提升阻尼器耗能，取得了较好的效果。

惯容器本身是一种被动装置，制作完成后其惯容系数一般为常数。那么惯容器的抵抗力与其两端相对运动的幅度和频率的平方成正比。即，当惯容器两端相对运动的幅值不变，而频率增加时，惯性力幅值急剧增大，会导致结构的振动无法驱动惯容器，结构在惯容器安装位置反而被锁定，此时惯容器不仅不能提升阻尼器的耗能作用，反而会导致阻尼器失效。因此，惯容系数固定的惯容器不能满足土木结构宽频段多模态振动控制的需求。

现有技术采用一些手段，已经能够实现惯容系数的可调节性。主要采用半主动方法，例如将惯容器的运动组件分为两个或多个部分，通过电、磁原理控制各部分之间的接合或脱离，增大或减小惯容系数；亦有利用齿轮箱通过换挡调节放大系数，达到惯容系数调节的目的。被动调节惯容系数的方法，主要是利用离心力改变质量的分布来调节惯容系数。半主动调节方法需要稳定的电源供给、同时需要对结构运动状态进行观测反馈，成本高、工作条件要求和维护要求高，在土木结构工程领域应用较为困难；利用离心力的被动调节方法，在结构振动频率增大时，惯容器的惯容系数会增大，对多模态振动控制不利。

结构多模态振动控制提出了惯容器的惯容系数可调节的需求，而现有实现惯容系数可调节性技术存在上述问题，尚缺乏适应于结构多模态振动控制的惯容系数被动自适应的惯容器。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种惯容系数自适应调节惯容器，内筒柱和外筒柱之间通过摩擦片支撑，从而利用静摩擦和滑动摩擦机理，实现惯容系数的自适应调节。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种惯容系数自适应调节惯容器，包括螺杆、支撑块、内筒柱，以及一个或多个可选配的外筒柱；

所述内筒柱套设于所述支撑块外侧，并与支撑块之间填充有滚珠，所述外筒柱套设于内筒柱的外侧，且至少一个方向的侧面通过滚珠支撑于支撑块上；

所述螺杆穿过内筒柱和支撑座，并与内筒柱啮合，所述内筒柱和外筒柱之间设有摩擦片。

所述外筒柱的侧壁上设有螺栓，所述螺栓自外向内穿过外筒柱的侧壁后支撑所述摩擦片。